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Die vorliegende Erfindung betrifft ein flexibles Leitungselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, vorzugsweise als Entkoppelelement für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, mit einem Metallbalg und mit einer den Metallbalg zumindest abschnittsweise umgebenden Außenkomponente, vorzugsweise Gestricke oder Geflecht.
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Derartige flexible Leitungselemente sind dem Fachmann in vielfältiger Weise bekannt und werden insbesondere im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor zur Dämpfung von mechanischen Schwingungen eingesetzt. Dabei dient die Außenkomponente insbesondere als Schutz gegen äußere Einflüsse, zur Begrenzung der Beweglichkeit und zur Dämpfung der auftretenden Schwingungen.
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Nach dem Stand der Technik wird die Anbindung der Außenkomponente bzw. deren Fixierung an/auf dem Metallbalg beidseitig, das heißt auf beiden Anschlussseiten des Metallbalgs mittels einer zusätzlichen Hülse oder einem zusätzlichen Ring gewährleistet, welcher im glattzylindrischen Anschlussbereich des Balgs stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig an dem Balg befestigt wird. Diese Art der Anbindung erfordert das nachträgliche Beschneiden der Außenkomponente nach Aufbringung der genannten Hülse bzw. des genannten Rings, wodurch es zu einer starken Verschmutzung der verwendeten Maschinenanlage aufgrund der auftretenden Abfälle kommt. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn es sich bei der Außenkomponente um ein Drahtgeflecht oder ein Drahtgestricke handelt, weil dann stark verschmutzende Drahtabfälle anfallen.
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Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass die im Anschlussbereich übereinander gelegten Schichten von Metallbalg, Außenkomponente und Endhülse aufgrund der herstellungsbedingt regelmäßig auftretenden Luftspalte zwischen den einzelnen Schichten die Schweißbarkeit und damit die Verbindbarkeit der Anordnung limitieren. Die genannten Luftspalte zwischen der Endhülse, der Außenkomponente und dem Metallbalg stellen zudem ein hohes Angriffspotenzial für korrosive Medien dar, welche zwischen die einzelnen Schichten gelangen und dort aufgrund der im Betrieb auftretenden Erwärmung eine korrosive Schadwirkung entfalten können, was die Lebensdauer des flexiblen Leitungselements herabsetzen kann. Insbesondere wenn Flüssigkeiten in die genannten Luftspalte eindringen, kommt es aufgrund der Wärme im Betrieb zu einem Verdampfen dieser Flüssigkeiten, wodurch aggressive Salze und/oder Chlorverbindungen im Spaltbereich zurückbleiben und das flexible Leitungselement beschädigen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flexibles Leitungselement der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine Anbindung der Außenkomponente ohne nachträgliches Ablängen zwecks Vermeidung von Verschmutzungen und Einsparung von Material möglich wird. Zudem soll durch Wegfall der genannten Luftspalte sichergestellt wird, dass keine Beschädigung durch korrosive Medien auftreten kann. Des Weiteren ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, für eine einfache und kostengünstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Leitungselements zu sorgen. Schließlich ist angestrebt, die Ausgestaltung der Außenkomponente von Metallgestricken oder Metallgewirken hin auf alternative Materialien auszudehnen, um eine bestmögliche Isolation gegen Wärmeleitung, als Schutz gegen äußere Einwirkungen und zur Bedämpfung von Balgschwingungen zu ermöglichen.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch ein flexibles Leitungselement mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen, deren Wortlaut hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird, um unnötige Wiederholungen von Text nach Möglichkeit zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß ist ein flexibles Leitungselement, vorzugsweise als Entkoppelelement für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, mit einem Metallbalg und mit einer den Metallbalg zumindest abschnittsweise umgebenden Außenkomponente, vorzugsweise Gestricke oder Geflecht, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkomponente mittels wenigstens eines durch Magnetumformung umgeformten Haltemittels im Bereich der Balgwellen an dem Metallbalg festgelegt ist.
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Wesentlich ist also, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf das Vorsehen einer Endhülse bzw. eines entsprechenden Rings zur Einbindung der Außenkomponente im glattzylindrischen Anschlussbereich des Balgs verzichtet wird. Stattdessen erfolgt die Fixierung der Außenkomponente am Metallbalg im Bereich der Balgwellen durch Magnetumformung, insbesondere schnelle Magnetumformung (SMU). Dadurch ist die Fixierung der Außenkomponente auf dem Balg in sehr kurzer Zeit möglich, da es sich bei der Magnetumformung in bekannter Weise um ein sehr schnelles Verfahren handelt. Die Endhülse zur Einbindung der Außenkomponenten entfällt vollständig, sodass sich entsprechend auch die Entstehung von Luftspalten unter der Endhülse vermeiden lässt. Das weiter oben angesprochene Eindringen von korrosiven Medien in diesem Bereich ist also nicht länger möglich, was die Lebensdauer der Gesamtanordnung erhöht.
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Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß möglich, den Metallbalg lokal, das heißt abschnittweise mit einer Außenkomponente bzw. entsprechenden Außenkomponenten-Abschnitten zu bestücken, um bestimmte Balgbereiche gezielt zu schützen und/oder zu bedampfen. Da es im Prozess zu keiner Ablängung der Außenkomponente mehr kommt, fallen auch keine Abfälle, insbesondere Gestricke-/Geflechtabfälle, mehr an.
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Zudem ermöglicht die Fixierung der Außenkomponente mittels eines magnetisch umgeformten Haltemittels die Verwendung auch nicht-metallischer Werkstoffe für die Außenkomponente, um so eine verbesserte Isolation gegen Wärmeleitung, eine verbesserte Schutzwirkung gegen äußere Einflüsse und/oder eine bessere Bedämpfung des Balgs zu erreichen, als dies bei der früheren stoffschlüssigen Einbindung der Außenkomponente der Fall war, welche zwingend die Verwendung metallischer Werkstoffe für die Außenkomponente erforderte.
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Die Außenkomponente kann im Rahmen der Erfindung mit einem Ring aus einem elektrisch leitenden Material, welcher Ring als Haltemittel fungiert, von außen auf den Balg befestigt werden. Wie der Fachmann weiß, ist es in Zusammenhang mit der Magnetumformung jedoch nicht zwingend erforderlich, ausschließlich Haltemittel aus einem elektrischen leitfähigen Material zu verwenden. Vielmehr kann durch den Einsatz sogenannter Treiber oder Treibermaterialien auch mit elektrisch nicht oder nur schlecht leitfähigen Materialien gearbeitet werden, sofern das Treibermaterial die für die Magnetumformung geforderte elektrische Leitfähigkeit besitzt.
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Der genannte Ring bzw. das Haltemittel wird mittels SMU in seinem Durchmesser reduziert und somit von außen gegen den Balg gepresst. Dies kann grundsätzlich im Bereich der Wellenberge und/oder Wellentäler des Balgs geschehen. Auf diese Weise erreicht man eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen Metallbalg, Außenkomponente und Ring bzw. Haltemittel. Dabei besteht – wie bereits ausgeführt – keinerlei Einschränkung, was das Material der Außenkomponente betrifft.
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Im Zuge einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselements kann vorgesehen sein, dass das Haltemittel als dünnwandiger Metallring ausgebildet ist, der im Bereich eines Wellenbergs auf dem Metallbalg positioniert und anschließend mittels SMU-Verfahren eingezogen wird, sodass er sich in seiner Formgebung an die Querschnittsform des Wellenbergs des Metallbalgs anpasst. Grundsätzlich kann diese Art der Fixierung jedoch auch im Bereich eines Wellentals des Metallbalgs Verwendung finden.
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Die Verwendung eines dünnwandigen Metallrings als Haltemittel ist gleichbedeutend damit, dass das Haltemittel als in Axialrichtung des flexiblen Leitungselements ausgedehnter Ring ausgebildet ist, dessen Abmessung in Axialrichtung vorzugsweise größer ist als die Breite eines Wellenbergs des Metallbalgs und/oder als in Radialrichtung des Rings. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Haltemittel nach dem Einziehen insbesondere den Wellenberg im Bereich von dessen Scheitel auch seitlich formschlüssig umgibt, um eine sichere Anbindung der Außenkomponente zu erreichen. Ein weiterer, besonderer Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass sich Haltemittel und Außenkomponente in einem möglichst großen radialen Abstand von der Längsachse des flexiblen Leitungselements befinden, sodass die thermische Belastung in diesem Bereich möglichst gering ist.
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Eine Abwandlung des vorstehend beschriebenen flexiblen Leitungselements sieht vor, dass die Außenkomponente auf einer Vorwelle des Metallbalgs festgelegt ist, bei welcher Vorwelle es sich um eine Welle bzw. einen Wellenberg mit gegenüber den restlichen Wellen des Metallbalgs verkleinerter radialer Erstreckung handelt.
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Wie bereits erwähnt, kann im Rahmen einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselements auch vorgesehen sein, dass die Außenkomponente in einem Wellental des Metallbalgs festgelegt ist. Obwohl hierbei grundsätzlich ebenfalls die Verwendung eines dünnwandigen Metallrings bzw. eines in Axialrichtung ausgedehnten Rings möglich ist, sieht eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselements vor, dass das Haltemittel in diesem Fall als Ringelelement mit etwa kreisförmigem Querschnitt (nachfolgend auch als Ringtorus bezeichnet) ausgebildet ist. In jedem Fall kommt es bei Fixierung der Außenkomponente zwischen zwei benachbarten Wellen des Metallbalgs, das heißt in einem Wellental, zu einer sehr starken Fixierung der Außenkomponente.
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Wie ebenfalls bereits erwähnt, bestehen für das Material der Außenkomponente grundsätzlich keine besonderen Beschränkungen, sofern dies die Fixierung an den Metallbalg betrifft. So kann die Außenkomponente sowohl in einem metallischen Werkstoff als auch in einem nicht-metallischen Werkstoff, wie beispielsweise einem textilen Material, ausgebildet sein.
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Eine andere Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselements sieht vor, auf dem Metallbalg einzelne oder mehrere Abschnitte einer Außenkomponente (sogenannte Außenkomponenten-Abschnitte) aufzubringen. Dies kann – wie gesagt – an besonders exponierten und/oder zu bedämpfenden Stellen des Metallbalgs erfolgen.
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Wenn das Haltemittel aus einem elektrisch nicht oder nur schlecht leitfähigen Material ausgebildet ist, seht eine entsprechende Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leitungselements vor, dass für die Magnetumformung an dem Haltemittel ein sogenanntes Treibermaterial vorgesehen ist, was dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist.
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Obwohl erfindungsgemäß auf eine Endhülse und einen entsprechenden Ring zum Einbinden der Außenkomponente gänzlich verzichtet werden kann, sieht eine besondere Weiterbildung des flexiblen Leitungselements vor, dass dennoch eine Endhülse als Schweißzusatz für das Verbinden des flexiblen Leitungselements mit weiteren Bestandteilen einer Leitungsanordnung, vorzugsweise dem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist. Eine solche Endhülse kann auch für die stoffschlüssige Anbindung eines weiteren Bestandteils des flexiblen Leitungselements, wie eine Innenkomponente (Liner) oder dergleichen, dienen.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
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1 zeigt teilweise und im Längsschnitt eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselements;
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2 zeigt teilweise und im Längsschnitt eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselements;
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3 zeigt teilweise und im Längsschnitt eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselements; und
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4 zeigt teilweise und im Längsschnitt eine vierte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselements.
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Die 1–4 zeigen jeweils in einer teilweisen Längsschnittdarstellung Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselements, welches in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Es umfasst einen Balg aus einem metallischen Werkstoff (Metallbalg) 2, der eine Anzahl von Balgwellen 2a in Form von Wellenbergen aufweist, welche durch Wellentäler 2b voneinander getrennt sind.
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Bei der Ausgestaltung gemäß 2 ist eine endständige Welle des Balgs 2 insbesondere in radialer Richtung kleiner als die übrigen Balgwellen 2a gebildet und wird nachfolgend als Vorwelle 2c bezeichnet.
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Weiterhin umfasst das flexible Leitungselement 1 eine Außenkomponente 3, welche den Metallbalg 2 zumindest abschnittsweise außen umgibt. Bei der Außenkomponente 3 handelt es sich vorzugsweise um ein Gestricke- oder Geflechtmaterial aus einem metallischen oder einem nicht-metallischen Werkstoff. Allen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen des flexiblen Leitungselements 1 gemäß den 1–4 ist gemein, dass die Außenkomponente 3 mittels wenigstens eines durch Magnetumformung umgeformten Haltemittels 4 im Bereich der Balgwellen (Wellenberge 2a und/oder Wellentäler 2b) an dem Metallbalg 2 festgelegt ist.
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Gemäß der Ausgestaltung in 1 erfolgt die Fixierung der Außenkomponente 3 auf einem endständigen Wellenberg 2a des Metallbalgs 2 mittels eines Haltemittels 4, das als in Axialrichtung L des flexiblen Leitungselements ausgedehnter dünner Ring ausgebildet ist, dessen Abmessung in Axialrichtung, insbesondere im umgeformten Zustand gemäß 1, größer ist als die Breite des betreffenden Wellenbergs 2a des Metallbalgs 2. Auf diese Weise umgreift das Haltemittel 4 nach erfolgter Magnetumformung den Scheitel des betreffenden Wellenbergs 2a seitlich, sodass die Außenkomponente 3 kraft- und formschlüssig auf dem betreffenden Wellenberg 2a und damit an dem Metallbalg 2 gehalten ist.
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Gemäß der Darstellung in 2 ist die Außenkomponente 3 ebenfalls auf einem endständigen Wellenberg des Metallbalgs 2 angeordnet, welcher Wellenberg jedoch als Vorwelle 2c ausgebildet ist. Ansonsten erfolgt die Fixierung der Außenkomponente 3 an dem Metallbalg 2, wie weiter oben in 1 bereits detailliert erläutert.
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Bei der Ausgestaltung gemäß 3 entspricht die Fixierung der Außenkomponente 3 im Wesentlichen derjenigen Fixierung, wie sie weiter oben anhand von 1 bereits detailliert erläutert wurde. Allerdings sind bei der Ausgestaltung gemäß 3 mehrere, speziell zwei Außenkomponenten-Abschnitte 3, 3' vorgesehen, die axial beabstandet auf dem Metallbalg 2 angeordnet sind. Zumindest der linke Außenkomponenten-Abschnitt 3 ist analog zur Ausgestaltung gemäß 1 auf einer Seite an dem endständigen Wellenberg 2a des Metallbalgs fixiert.
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Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass auch der rechte Außenkomponenten-Abschnitt 3 an seinem nicht gezeigten rechten Ende entsprechend an einem endständigen Wellenberg des Metallbalgs 2 fixiert ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch keinesfalls auf eine derartige Ausgestaltung beschränkt, vielmehr können beim Gegenstand der 3 auch mehr als zwei Außenkomponenten-Abschnitte 3, 3' auf dem Metallbalg 2 fixiert sein.
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Wie der Fachmann erkennt, ist es selbstverständlich auch möglich, bei einer Ausgestaltung nach 3 die jeweils endständigen Außenkomponenten-Abschnitte gemäß 2 auf einer Seite an einer Vorwelle 2c des Metallbalgs 2 zu fixieren, während die nicht endständigen Außenkomponenten-Abschnitte entsprechend der Außenkomponente 3 in 3 auf „regulären” Wellenbergen 2a des Metallbalgs 2 fixiert sein können. Insbesondere können einzelne Außenkomponenten-Abschnitte 3, 3' gezielt an solchen Stellen des Metallbalgs 2 angeordnet sein, an denen eine Schadeinwirkung von außen zu befürchten oder bestimmte Resonanzschwingungen gezielt zu bedampfen sind.
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Die Ausgestaltung gemäß 4 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flexiblen Leitungselements 1, bei der die Außenkomponente 3 nicht im Bereich eines Wellenbergs 2a sondern im Bereich eines Wellentals 2b an dem Metallbalg 2 festgelegt ist. Zu diesem Zweck ist das Haltemittel 4 nicht als in Axialrichtung ausgedehnter relativ flacher Ring, sondern nach Art eines Ringtorus ausgebildet, welcher gemäß der Ausgestaltung in 4 einen in etwa kreisförmigen Querschnitt aufweist. Das Haltemittel 4 gemäß 4 ist durch Magnetumformung in das betreffende Wellental 2b des Metallbalgs 2 eingezogen worden, um die Außenkomponente 3 dort form- und kraftschlüssig zu fixieren. Auf der (nicht gezeigten) anderen Seite kann die Außenkomponente gemäß der Ausgestaltung in 4 oder alternativ gemäß jeder der Ausgestaltungen in den 1–3 fixiert sein. Insbesondere ist es auch in Verwendung mit der Ausgestaltung von 4 möglich, mehrere Außenkomponenten-Abschnitte auf dem Metallbalg 2 anzuordnen.
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Wie der Fachmann ohne Weiteres erkennt, ist bei den erfindungsgemäßen Ausgestaltungen gemäß den 1–4 keine Einbindung der Außenkomponente 3 unterhalb einer (nicht gezeigten) Endhülse mehr nötig. Auf diese Weise lassen sich Spaltmaße unter der Endhülse vermeiden, sodass dort keine korrosiven Medien eindringen und den Balg beschädigen können. Eine lokale Bestückung des Metallbalgs 2 mit mindestens einer Außenkomponente 3, 3 ist erfindungsgemäß problemlos möglich. Zudem fallen in der Montage keine Gestricke- oder Geflechtabfälle an, da ein Ablängprozess für die Außenkomponente 3 anders als nach dem Stand der Technik mit Einbindung unterhalb einer Endhülse nicht mehr erforderlich ist.
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Aufgrund der Verwendung des Haltemittels 4 besteht im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit der Aufbringung einer Außenkomponente 3 aus metallischen und/oder nicht-metallische Werkstoffen zur Isolation gegen Wärmeleitung oder als Schutz gegen äußere Einwirkungen bzw. zur Dämpfung des Metallbalgs.
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Wie der Fachmann weiß, ist es in diesem Zusammenhang nicht zwingend erforderlich, das Haltemittel in einem elektrisch (gut) leitfähigen Material auszubilden. Es besteht die Möglichkeit, das Haltemittel mit einem sogenannten Treibermaterial zu versehen – vorzugsweise auf seiner dem Metallbalg 2 abgewandten Außenseite –, um auf diese Weise auch elektrisch nicht leitfähige Materialien zur Herstellung des Haltemittels 4 einsetzen zu können.
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Insbesondere den Ausgestaltungen gemäß den 1–3 ist zudem gemein, dass sich das Haltemittel 4 an einer Stelle des Metallbalgs 2 befindet, welche bei Verwendung des flexiblen Leitungselements 1 im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor in radialer Richtung der Anordnung relativ wert von einer heißesten Stelle des Metallbalgs 2 entfernt ist. Es kommt somit im Bereich des Haltemittels 4 und der dort fixierten Außenkomponente 3 zu einer geringeren thermischen Belastung, was sich positiv auf die Lebensdauer der gesamten Anordnung auswirkt.
